DE102018202528A1

DE102018202528A1 - Pressverbindung

Info

Publication number: DE102018202528A1
Application number: DE102018202528.2A
Authority: DE
Inventors: Christoph Schikora
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2018-02-20
Filing date: 2018-02-20
Publication date: 2019-08-22
Also published as: CN111771429B; WO2019162077A1; US11563283B2; CN111771429A; US20200403332A1

Abstract

Pressverbindung mit einer Leiterplatte und einem Verbindungselement, wobei das Verbindungselement in die Leiterplatte eingepresst ist, indem das Verbindungselement ein leiterplattenseitiges Ende mit einer Verjüngung aufweist, wobei eine Einpresstiefe, mit welcher die Verjüngung in die Leiterplatte eingepresst ist, einen Toleranzausgleich gewährleistet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Pressverbindung zwischen einem Verbindungselement und einer Leiterplatte sowie ein Elektronikmodul mit einer Pressverbindung. Die Erfindung betrifft ferner ein Steuergerät mit einer Pressverbindung und/oder mit einem Elektronikmodul sowie ein Fahrzeug. Zudem betrifft die Erfindung ein Herstellungsverfahren für ein Elektronikmodul.
Pressverbindungen zwischen Leiterplatten und Verbindungselementen sind beispielsweise aus der DE 202004012466 U1 bekannt.
Ferner sind Getriebesteuerungen mit Elektronikmodulen bekannt. Beispielsweise zeigt die DE 102010062761 A1 ein Elektronikmodul für eine Steuerung in einem Fahrzeuggetriebe. Demnach wird eine bestückte Leiterplatte mit einem oder mehreren Gehäuseelementen versehen, welche Bauelemente der Leiterplatte auf einer oder beiden Seiten der umgeben. Ein derartiges Gehäuseelement ist z. B. aus Kunststoff gefertigt und dient dem Schutz der Bauelemente vor Verunreinigungen und äußeren Einflüssen. Ferner ist es demnach bekannt, innerhalb eines Gehäuses Vergussmaterialien einzusetzen, um Bauelemente vor Vibrationen zu schützen oder eine bessere Wärmeanbindung an ein Gehäuseelement zu erhalten.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Verbindung zwischen einer Leiterplatte und einem Verbindungselement zu schaffen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Pressverbindung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und/oder durch ein Herstellungsverfahren für ein Elektronikmodul mit den Merkmalen des Patentanspruchs 13 gelöst.
Demgemäß ist vorgesehen:

- eine Pressverbindung mit einer Leiterplatte und einem Verbindungselement, wobei das Verbindungselement in die Leiterplatte eingepresst ist, indem das Verbindungselement ein leiterplattenseitiges Ende mit einer Verjüngung aufweist. Eine Einpresstiefe, mit welcher die Verjüngung in die Leiterplatte eingepresst ist, gewährleistet einen Toleranzausgleich.
- Ferner ist ein Herstellungsverfahren für ein Elektronikmodul mit den folgenden Schritten vorgesehen:
- Einpressen eines verjüngt geformten Endes eines Verbindungselements, insbesondere einer Buchse, in eine Bohrung einer Leiterplatte, derart dass das Verbindungselement teilweise in die Bohrung der Leiterplatte hineinragt; Anordnen eines Bauelements auf der Leiterplatte; Umspritzen des Bauelements und des Verbindungselements mit einer Formmasse, derart dass das Bauelement auf der Leiterplatte befestigt ist.

Eine Pressverbindung ist eine Verbindung zweier Teile aufgrund von Reibung zwischen diesen Teilen. Eine Pressverbindung ist eine kraftschlüssige Verbindung
Die Einpresstiefe einer Pressverbindung ist ein Maß für die Tiefe, mit welcher ein erstes Teil einer Pressverbindung in ein weiteres Teil einer Pressverbindung eingepresst ist.
Fahrzeuge im Sinne dieser Patentanmeldung sind motorgetriebene Landfahrzeuge. Davon sind auch Schienenfahrzeuge umfasst.
Ein Steuergerät ist ein elektronisches Modul zur Steuerung oder Regelung. Steuergeräte werden im Kfz-Bereich in allen erdenklichen elektronischen Bereichen eingesetzt, ebenso zur Steuerung von Maschinen, Anlagen und sonstigen technischen Prozessen.
Ein Beispiel für ein Verbindungselement ist eine Buchse. Eine Buchse ist ein Rohr, das ein Gegenstück aufnimmt.
Die grundlegende Idee der Erfindung ist es, mittels eines verjüngt geformten Verbindungselements, welches in eine Bohrung einer Leiterplatte eingepresst ist, einen Toleranzausgleich über eine Einpresstiefe des Verbindungselements gegenüber der Leiterplatte zu schaffen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist das Verbindungselement an der Verjüngung zumindest einen ersten Durchmesser auf, der kleiner ist als ein Durchmesser der Bohrung. Ferner weist das Verbindungselement ebenfalls im Bereich der Verjüngung einen zweiten Durchmesser auf, welcher größer ist als der erste Durchmesser. Auf diese Weise lässt sich die Pressverbindung flüssigkeitsdicht abdichten. Flüssigkeitsdichte Verbindungen sind in vielen Anwendungen besonders vorteilhaft. Beispielsweise sind Getriebesteuerungen häufig in Öl gelagert, sodass eine flüssigkeitsdichte Verbindung die Lebensdauer einer Getriebesteuerung verlängert.
Flüssigkeitsdicht bedeutet die Abdichtung von Flüssigkeiten bei Druckverhältnissen wie sie im Anwendungsfall vorliegen. Von flüssigkeitsdichten Verbindungen werden gasdichte Verbindungen unterschieden.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist die Pressverbindung eingerichtet, von einer Formmasse, welche insbesondere Epoxidharz aufweist, ummantelt zu sein.
Dies bedeutet insbesondere, dass die Pressverbindung zwischen dem Verbindungselement und der Leiterplatte derart abdichtet, dass während des Aufbringens der Formmasse keine Formmasse durch die Pressverbindung gelangen kann.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist die Pressverbindung ferner eine Schraube auf, welche die Leiterplatte und das Verbindungselement an einem Trägerelement befestigt, indem die Schraube in die Bohrung der Leiterplatte und in das Verbindungselement eingesetzt ist.
Schrauben gewährleisten eine besonders robuste und einfach herzustellende Verbindung. Alternativ kann auch ein Bolzen, Zapfen oder ein Stift vorgesehen sein.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist das Verbindungselement als Buchse ausgebildet. Somit lässt sich die Pressverbindung mit einem weiteren Verbindungsmittel kontaktieren oder befestigen.
Ist dies nicht erforderlich, kann alternativ anstatt einer Buchse auch ein männliches Verbindungselement vorgesehen sein.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung sind das Verbindungselement und die Bohrung koaxial zueinander ausgerichtet. Eine koaxiale Ausrichtung gewährleistet eine besonders hohe Dichtigkeit.
Ferner kann gemäß der folgenden Beschreibung vorgesehen sein, dass die Pressverbindung zudem als elektrischer Kontakt dient. In diesem Fall hilft eine koaxiale Ausrichtung des Verbindungselements in der Bohrung, eine passive Intermodulation (PIM) eines elektrischen Signals zu reduzieren.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist die Pressverbindung eingerichtet, ein Bauelement an der Leiterplatte zu befestigen. Dabei ist der Toleranzausgleich als Anpassung einer Aufbauhöhe, welche das Bauelement gegenüber der Leiterplatte aufweist, ausgebildet. Bei einigen Bauelementen ist es vorteilhaft, wenn diese unmittelbar an einer Oberfläche der Leiterplatte anliegen. Bei einer Serienfertigung lässt sich dies besonders einfach mittels eines Toleranzausgleichs gewährleisten.
Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass ein Kühlkörper, welcher als Bauelement auf der Leiterplatte zu befestigen ist, an einer metallischen Fläche der Leiterplatte aufliegt. Auf diese Weise wird die Wirkung eines Kühlkörpers verbessert.
Unter einem Bauelement werden sowohl elektrische Bauelemente als auch mechanische Bauelemente verstanden. Ein elektrisches Bauelement ist ein Bestandteil einer elektrischen Schaltung. Elektrische Bauelemente sind beispielsweise Widerstände, Kondensatoren, Induktivitäten oder dergleichen. Ein Beispiel für ein mechanisches Bauelement ist ein passiver Kühlkörper, ein mechanisches Befestigungsmittel oder dergleichen.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung bildet die Pressverbindung ein elektrisches Kontaktelement, indem das Verbindungselement eine elektrisch leitende Oberfläche aufweist, welche eine Leiterbahn der Leiterplatte elektrisch kontaktiert.
Dabei kann vorgesehen sein, dass sich die Leiterbahn auf einer Leiterplatte oder im Inneren der Leiterplatte befindet. Insbesondere ist es vorteilhaft, die Pressverbindung für eine elektrische Verbindung für Ströme zwischen 60-100 A zu verwenden. Sofern eine elektrische Verbindung erforderlich ist, lässt sich somit Bauraum, der zusätzlich für eine elektrische Verbindung erforderlich ist, einsparen.
Dabei ist es ferner zweckmäßig, dass die Bohrung der Leiterplatte eine Durchkontaktierung aufweist, welche das Verbindungselement elektrisch mit der Leiterbahn kontaktiert. Auf diese Weise lässt sich eine besonders sichere elektrische Verbindung der Leiterbahn für die Kontaktierung zum Verbindungselement herstellen. Ferner ist es nicht erforderlich, das Verbindungselement mit der Leiterbahn gesondert, beispielsweise durch Löten, zu kontaktieren.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnungen angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen dabei:

1 eine schematische Schnittsicht einer Ausführungsform der Erfindung;
2 eine schematische Draufsicht einer Ausführungsform der Erfindung;
3 eine schematische Schnittsicht einer Ausführungsform der Erfindung;

Die beiliegenden Zeichnungen sollen ein weiteres Verständnis der Ausführungsformen der Erfindung vermitteln. Sie veranschaulichen Ausführungsformen und dienen im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erklärung von Prinzipien und Konzepten der Erfindung. Andere Ausführungsformen und viele der genannten Vorteile ergeben sich im Hinblick auf die Zeichnungen. Die Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander gezeigt.
In den Figuren der Zeichnungen sind gleiche, funktionsgleiche und gleichwirkende Elemente, Merkmale und Komponenten - sofern nicht anders ausgeführt ist - jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
Die 1 zeigt eine schematische Schnittsicht einer Pressverbindung 10 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Die Pressverbindung 10 umfasst eine Leiterplatte 12 sowie ein Verbindungselement 14. Das Verbindungselement 14 weist an einem leiterplattenseitigen Ende eine Verjüngung 18 auf und ist in eine Bohrung 16 der Leiterplatte 12 mit der Einpresstiefe 20 eingepresst. Die Leiterplatte 12 ist derart gefertigt, dass diese sich durch das Einpressen nicht verformt, insbesondere nicht verbiegt.
Die Einpresstiefe 20 der Pressverbindung 10 kann variieren. Auf diese Weise wird ein Toleranzausgleich bezüglich einer Aufbauhöhe des Verbindungselements 14 bezüglich der Leiterplatte 12 geschaffen.
Die Pressverbindung 10 ist von der Formmasse 22, einer Epoxidharzverbindung, umspritzt. Die Dichtigkeit der Pressverbindung 10 lässt sich daran erkennen, dass während des Umspritzens der Pressverbindung 10 mit der Formmasse 22 keine Formmasse 22 durch die Bohrung 16 hindurch gelangt ist.
Die 2 zeigt ein Elektronikmodul 50 mit mehreren Pressverbindungen 10 in einer schematischen Draufsicht. Das Elektronikmodul 50 ist als Steuerung für ein Automatikgetriebe eines Fahrzeugs ausgebildet und umfasst einen Kühlkörper 28, der von einer Formmasse 22 umspritzt ist und mittels der Formmasse 22 und mehreren Pressverbindungen 10 an der Leiterplatte 12 befestigt ist. Der Kühlkörper 28 liegt auf einer metallischen Oberfläche (nicht dargestellt) der Leiterplatte 12 auf.
Ein physischer Kontakt zwischen der Leiterplatte 12 und dem Kühlkörper 28 aus temperaturleitfähigem Material ist mittels der Toleranzausgleichsfunktion der Pressverbindungen 10 gewährleistet.
Die 3 zeigt eine Pressverbindung 10 gemäß 1 zur Befestigung eines Elektronikmoduls 50 an einem Trägerelement 26. Das Elektronikmodul 50 ist in 3 als Steuerung für ein Automatikgetriebe ausgebildet. Das Trägerelement 26 ist als Aluminiumblock der Getriebesteuerung ausgebildet.
Die Pressverbindung 10 weist neben der Leiterplatte 12, dem Verbindungselement 40 und der Formmasse 22 eine Schraube 24 auf. Die Schraube 24 ist in einer Bohrung eines Abstandshalters 102, in einer Bohrung der Leiterplatte 12 sowie in das Verbindungselement 14 eingesetzt und mit dem Trägerelement 26 verschraubt. Dementsprechend befestigt die Schraube 24 die Leiterplatte 12 zusammen mit dem Verbindungselement 14 und der Formmasse 22 an dem Trägerelement 26.
Bezugszeichenliste

10: Pressverbindung
12: Leiterplatte
14: Verbindungselement
16: Bohrung
18: Verjüngung
20: Einpresstiefe
22: Formmasse
24: Schraube
26: Trägerelement
28: Bauelement
30: Durchkontaktierung
102: Abstandselement

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 202004012466 U1 [0002]
DE 102010062761 A1 [0003]

Claims

Pressverbindung (10) mit einer Leiterplatte (12) und einem Verbindungselement (14), wobei das Verbindungselement (14) in eine Bohrung (16) der Leiterplatte (12) eingepresst ist, indem das Verbindungselement (14) ein leiterplattenseitiges Ende mit einer Verjüngung (18) aufweist, wobei eine Einpresstiefe (20), mit welcher die Verjüngung in die Leiterplatte (12) eingepresst ist, einen Toleranzausgleich gewährleistet.
Pressverbindung (10) nach Anspruch 1, wobei das Verbindungselement (14) an der Verjüngung (18) zumindest einen ersten Durchmesser aufweist, welcher kleiner ist als ein Durchmesser der Bohrung (16), und einen zweiten Durchmesser aufweist, welcher größer ist als der Durchmesser der Bohrung (16), um die Pressverbindung (10) flüssigkeitsdicht abzudichten.
Pressverbindung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, welche eingerichtet ist, von einer Formmasse (22), welche insbesondere Epoxidharz aufweist, ummantelt zu sein.
Pressverbindung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, welche ferner eine Schraube (24) aufweist, welche die Leiterplatte (12) und das Verbindungselement (14) an einem Trägerelement (26) befestigt, indem die Schraube (24) in die Bohrung (16) der Leiterplatte (12) und in das Verbindungselement (14) eingesetzt ist.
Pressverbindung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Verbindungselement (14) als Buchse ausgebildet ist.
Pressverbindung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Verbindungselement (14) und die Bohrung (16) koaxial zueinander ausgerichtet sind.
Pressverbindung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, welche eingerichtet ist, ein Bauelement (28) an der Leiterplatte (12) zu befestigen, wobei der Toleranzausgleich als Anpassung einer Aufbauhöhe, welche das Bauelement (28) gegenüber der Leiterplatte (12) aufweist, ausgebildet ist.
Pressverbindung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, welche ein elektrisches Kontaktelement bildet, indem das Verbindungselement (14) eine elektrisch leitende Oberfläche aufweist, welche eine Leiterbahn der Leiterplatte (12) elektrisch kontaktiert.
Pressverbindung (10) nach Anspruch 8, wobei die Bohrung (16) der Leiterplatte (12) eine Durchkontaktierung (30) aufweist, welche das Verbindungselement (14) elektrisch mit der Leiterbahn kontaktiert.
Elektronikmodul (50) mit einer Leiterplatte (12), einem Bauelement, welches auf der Leiterplatte (12) angeordnet ist, und einer Formmasse, welche insbesondere Epoxidharz aufweist, wobei die Formmasse (22) das Bauelement (28) ummantelt, und das Elektronikmodul (50) eine Pressverbindung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche aufweist, welche eingerichtet ist, das Bauelement (28) an der Leiterplatte (12) zu befestigen.
Steuergerät für ein Fahrzeuggetriebe mit einem Elektronikmodul (50) nach Anspruch 10.
Fahrzeug mit einer Pressverbindung (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 1-9 und/oder mit einem Elektronikmodul (50) gemäß Anspruch 10 und/oder mit einem Steuergerät gemäß Anspruch 11.
Herstellungsverfahren für ein Elektronikmodul (50) mit den folgenden Schritten: - Einpressen einer Verjüngung (18) eines Verbindungselements (14), insbesondere einer Buchse, in eine Bohrung (16) einer Leiterplatte (12), derart dass das Verbindungselement (14) teilweise in die Bohrung (16) der Leiterplatte (12) hineinragt; - Anordnen eines Bauelements (28) auf der Leiterplatte (12); - Umspritzen des Bauelements (28) und des Verbindungselements (14) mit einer Formmasse (22), derart dass das Bauelement (28) auf der Leiterplatte (12) befestigt ist.